Hydrogeologic modeling for surface/groundwater integrated management

Abstract Comprendere le dinamiche che intercorrono tra acquiferi, corpi idrici superficiali, sistema fognario, forzanti climatiche è un problema impellente del XXI secolo. L’incremento della popolazione mondiale porta ad una sempre crescente domanda di beni di primo consumo, quali ad esempio acqua potabile e derrate alimentari, perciò in quest’ottica è di vitale importanza preservare le riserve idriche contenute negli acquiferi. Nel presente elaborato si affronterà la caratterizzazione e la modellazione delle interazioni che intercorrono tra acque sotterranee e acque superficiali in zone urbane-costiere, prendendo come modello l’acquifero che si colloca nell’area di Hoboken, città situata nella contea di Hudson, New Jersey, USA. L’area di studio è soggetta ad inondazioni imputabili ad un continuo aumento della frequenza di eventi climatici estremi, quali uragani ed eventi piovosi di notevole portata, e ad un continuo innalzamento del livello idrico del fiume Hudson, il quale separa lo stato del New Jersey dallo stato di New York, che interagendo con le acque sotterranee ne provoca un innalzamento. Il bacino urbano della città di Hoboken è stato considerato come una sorta di laboratorio naturale per questo studio, poiché la sua estensione areale è contenuta, presenta infrastrutture ed un uso del suolo paragonabili a quelli esistenti nella maggior parte delle città di grandi dimensioni. È un’area che presenta una bassa elevazione sul livello del mare, soggetta ad inondazione e che risente dell’innalzamento degli oceani. Gran parte del sistema fognario risulta essere gravemente danneggiato, poiché ormai datato ed usurato; ciò comporta il verificarsi di fenomeni di percolazione di refluo all’interno dell’acqua di falda, nelle aree in cui le tubazioni si collocano al di sopra del livello di falda, e fenomeni di infiltrazione di acqua di falda all’interno della rete fognaria, nelle aree in cui l’acqua di falda si trova al di sopra delle tubazioni. L’infiltrazione dell’acqua di falda all’interno della rete fognaria provoca un incremento nella frequenza di intervento del sistema di regolazione della portata reflua, atto ad evitare un sovraccarico del sistema di trattamento dei reflui civili posto a valle, il quale convoglia la portata reflua che eccede la capacità di trattamento all’interno del fiume Hudson. Per la modellazione della falda idrica è stato realizzato un modello numerico, attraverso l’utilizzo di ModelMuse, interfaccia grafica open-source del software di modellazione MODFLOW-2005 sviluppato dall’USGS (United States Geological Survey). Attraverso l’interpretazione di sondaggi geognostici e l’uso di tecniche di interpolazione sono stati ricostruiti gli andamenti topografici dello strato di copertura superficiale e di fondo. Per individuare le condizioni al contorno e i termini forzanti sono stati analizzati i livelli di falda, gli afflussi meteorici e l’andamento della marea; mentre per la previsione di scenari futuri sono stati analizzati il trend del livello idrico del fiume Hudson e la riparazione di parte del sistema fognario. Il livello di falda in gran parte dell’area di studio si attesta a pochi metri al di sotto del piano campagna, l’influenza del flusso meteorico è risultato essere trascurabile a causa dell’estesa urbanizzazione.